RU2695108C1 - High-voltage electrostatic generator - Google Patents

High-voltage electrostatic generator Download PDF

Info

Publication number
RU2695108C1
RU2695108C1 RU2018126252A RU2018126252A RU2695108C1 RU 2695108 C1 RU2695108 C1 RU 2695108C1 RU 2018126252 A RU2018126252 A RU 2018126252A RU 2018126252 A RU2018126252 A RU 2018126252A RU 2695108 C1 RU2695108 C1 RU 2695108C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrode
inductor
transport elements
voltage
electrical
Prior art date
Application number
RU2018126252A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Степанович Ашихмин
Степан Степанович Волков
Борис Николаевич Сучугов
Сергей Васильевич Родин
Евгений Николаевич Пузевич
Алексей Игоревич Сидоров
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Рязанское высшее воздушно-десантное ордена Суворова дважды Краснознаменное командное училище имени генерала армии В.Ф. Маргелова" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2018126252A priority Critical patent/RU2695108C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2695108C1 publication Critical patent/RU2695108C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06Influence generators
    • H02N1/08Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the electrical equipment. Technical result is achieved by the fact that the drive is made in the form of an automatically connected to the ground automatic firearm, which barrel is directed into the hole of the spherical electrode, metal transport elements are made in the form of bullets fired from firearms, and the electric charge receiver is made in the form of electroconductive bullet trap. Proposed generator provides increasing of insulating gap under voltage by at least 50 times in comparison with prototype, which proportionally increases its electric strength.
EFFECT: invention is aimed at simplifying the design of a high-voltage electrostatic generator and improving its electrical strength at specified dimensions.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения высоких постоянных электрических напряжений и может быть использовано в экспериментальных исследованиях, при испытаниях образцов техники на устойчивость к воздействию электромагнитного импульса, преимущественно в ускорительной технике.The invention relates to the field of obtaining high constant electric voltages and can be used in experimental studies, when testing equipment samples for resistance to the effects of an electromagnetic pulse, mainly in accelerator technology.

Известно устройство для сообщения положительного электрического потенциала металлическому электроду [1]. Устройство представляет собой навеску радиоактивного препарата, располагаемую на электроде и испускающую в результате ядерного распада β-частицы (электроны). В результате постоянного ухода испускаемых электронов с электрода, он приобретает противоположный электронам, то есть положительный заряд, а значит и потенциал относительно окружающих предметов. Недостатками устройства являются необходимость использования радиоактивного препарата и ограничение в величине достигаемого потенциала, определяемое энергией испускаемых электронов.A device for communicating a positive electric potential to a metal electrode is known [1]. The device is a sample of a radioactive drug located on the electrode and emitting β-particles (electrons) as a result of nuclear decay. As a result of the constant departure of the emitted electrons from the electrode, it acquires the opposite of electrons, that is, a positive charge, and hence the potential relative to the surrounding objects. The disadvantages of the device are the need to use a radioactive drug and the limit in the amount of potential achieved, determined by the energy of the emitted electrons.

Существует устройство для получения высокого постоянного электрического напряжения, содержащее повышающий трансформатор, состоящий как минимум из двух обмоток на общем магнитном сердечнике и полупроводниковый выпрямитель [2]. Недостатком устройства является сложность получения высоких (более 1 MB) напряжений, обусловленная необходимостью располагать в непосредственной близости друг от друга и от магнитного сердечника две обмотки, одна из которых находится в среднем под нулевым потенциалом, а вторая под высоким напряжением. Это предъявляет очень высокие требования к качеству изоляции высоковольтной обмотки и, как следствие, к неоправданно большим размерам трансформатора. Другим недостатком устройства является необходимость последовательного соединения большого количества полупроводниковых диодов в выпрямителе, что снижает надежность устройства.There is a device for obtaining a high DC electrical voltage containing a step-up transformer consisting of at least two windings on a common magnetic core and a semiconductor rectifier [2]. The disadvantage of this device is the difficulty of obtaining high (more than 1 MB) voltage, due to the need to have in close proximity to each other and from the magnetic core two windings, one of which is on average at zero potential, and the second under high voltage. This places very high demands on the insulation quality of the high-voltage winding and, as a result, on the unreasonably large size of the transformer. Another disadvantage of the device is the need for serial connection of a large number of semiconductor diodes in the rectifier, which reduces the reliability of the device.

Наиболее близким к заявляемому генератору техническим решением является высоковольтный электростатический генератор, содержащий установленный на диэлектрической стойке полый шарообразный электрод с отверстием в поверхности, электрически соединенный с электродом приемник электрического заряда, расположенный внутри электрода, набор изолированных друг от друга металлических транспортных элементов, индуктора для сообщения электрического заряда транспортным элементам, расположенного вне шарообразного электрода на расстоянии, обеспечивающем отсутствие электрического пробоя между электродом и индуктором, источника постоянного напряжения, подключенного одним полюсом к индуктору, а вторым полюсом к земле, и механический привод, обеспечивающий непрерывное перемещение металлических элементов от индуктора к приемнику электрического заряда [3].The technical solution closest to the claimed generator is a high-voltage electrostatic generator containing a hollow spherical electrode mounted on a dielectric rack with an opening in the surface electrically connected to the electrode receiver of an electric charge located inside the electrode, a set of insulated metal transport elements charge to transport elements located at a distance outside the spherical electrode, ensuring echivayuschem absence of electrical breakdown between the electrode and the inductor, a DC voltage source connected to one pole of the inductor and the second pole to ground, and a mechanical actuator which provides continuously moving metal elements from the inductor to the receiver of electric charge [3].

В известном устройстве транспортные металлические элементы соединены последовательно друг с другом с помощью полимерных изолирующих звеньев, образуя замкнутую цепь, натянутую на два шкива. Шкивы образуют механический привод. Один из шкивов является ведущим, приводится во вращение двигателем и расположен вблизи индуктора. Ведомый шкив располагается внутри шарообразного электрода вблизи приемника электрического заряда. Недостатком устройства является необходимость поддержания высокой степени устойчивости к образованию пыли на поверхностях изолирующих звеньев цепи [4]. Это нужно для обеспечения достаточной электрической прочности системы. Поскольку все элементы цепи находятся в движении и постоянно испытывают трение об элементы привода, обеспечение необходимого уровня чистоты изолирующих звеньев представляет определенную техническую проблему. Кроме того, чередование изолирующих звеньев с проводящими транспортными элементами в цепи, располагаемой между индуктором и высоковольтным электродом, сокращает эффективное изолирующее расстояние между этими объектами, что снижает электропрочность системы при заданных размерах.In the known device, the transport metal elements are connected in series with each other by means of polymer insulating links, forming a closed circuit stretched over two pulleys. Pulleys form a mechanical drive. One of the pulleys is leading, driven by the engine and located near the inductor. The driven pulley is located inside the spherical electrode near the receiver of the electric charge. The disadvantage of this device is the need to maintain a high degree of resistance to the formation of dust on the surfaces of insulating chain links [4]. This is necessary to ensure sufficient electrical strength of the system. Since all elements of the circuit are in motion and constantly experience friction against the elements of the drive, providing the required level of cleanliness of the insulating links presents a certain technical problem. In addition, the alternation of insulating units with conductive transport elements in the circuit, located between the inductor and the high-voltage electrode, reduces the effective insulating distance between these objects, which reduces the electrical strength of the system for a given size.

Предлагаемое техническое решение направлено на упрощение конструкции генератора и повышение его электропрочности при заданных размерах. Технический результат достигается тем, что привод выполнен в виде электрически соединенного с землей автоматического огнестрельного оружия, ствол которого направлен в отверстие шарообразного электрода, металлические транспортные элементы выполнены в виде пуль, выстреливаемых из огнестрельного оружия, а приемник электрического заряда выполнен в виде электропроводящего пулеулавливателя.The proposed solution is aimed at simplifying the design of the generator and increasing its electric strength for a given size. The technical result is achieved in that the drive is made in the form of an automatic firearm electrically connected to the ground, the barrel of which is directed into the hole of the spherical electrode, the metal transport elements are made in the form of bullets fired from the firearm, and the receiver of the electric charge is made in the form of an electrically conductive bullet trap.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого генератора. На изображении цифрами обозначены:FIG. 1 shows a schematic representation of the proposed generator. On the image numbers are indicated:

1 - полый шарообразный электрод;1 - hollow spherical electrode;

2 - отверстие в поверхности электрода;2 - a hole in the surface of the electrode;

3 - диэлектрическая стойка;3 - dielectric stand;

4 - источник постоянного напряжения;4 - constant voltage source;

5 - индуктор;5 - inductor;

6 - автоматическое огнестрельное оружие;6 - automatic firearms;

7 - выстреленная из оружия пуля;7 - a bullet fired from a weapon;

8 - электропроводящий пулеулавливатель;8 - electrically conductive bullet catcher;

9 - траектория движения пули.9 - the trajectory of the bullet.

Генератор функционирует следующим образом. Выстреливаемая из электрически соединенного с землей автоматического огнестрельного оружия 6 пуля 7 электрически заряжается внутри индуктора 5, подключенного к одному полюсу источника постоянного напряжения 4. Второй полюс источника 4 подключен к земле. Двигаясь по траектории 9 и попадая через отверстие 2 в электропроводящий пулеулавливатель 8, пуля тормозится в нем, что предотвращает повреждение электрода 1. Попав в пулеулавливатель, пуля передает ему свой электрический заряд. Поскольку пулеулавливатель 8 электрически соединен с электродом 1, то поступающий с каждой очередной выстреленной пулей электрический заряд суммируется с зарядом электрода и тем самым формирует высокое электрическое напряжение (потенциал) электрода 1 относительно земли. Потенциал сохраняется и накапливается, благодаря электрической изоляции электрода относительно земли с помощью диэлектрической стойки 3.The generator operates as follows. A bullet 7, which is electrically connected to the ground by an automatic firearm 6, is electrically charged inside an inductor 5 connected to one pole of a direct voltage source 4. The second pole of source 4 is connected to earth. Moving along the trajectory 9 and getting through the hole 2 into the electrically conductive bullet catcher 8, the bullet is braked in it, which prevents damage to the electrode 1. Once in the bullet catcher, the bullet transmits its electric charge to it. Since the bullet catcher 8 is electrically connected to the electrode 1, the electrical charge supplied with each successive fired bullet is summed with the charge of the electrode and thereby forms a high voltage (potential) of the electrode 1 relative to the ground. The potential is preserved and accumulated due to the electrical insulation of the electrode relative to the earth using a dielectric stand 3.

Индуктор может быть выполнен, например, в виде металлической трубки, электрически изолированной от ствола оружия и располагаемой непосредственно у среза ствола [6, 7]. При подаче на индуктор электрического потенциала относительно ствола оружия с помощью источника постоянного напряжения, выходящая из ствола пуля, не потерявшая контакта с заземленным стволом, будет заряжаться в электрическом поле индуктора и, оторвавшись от ствола, сохранять полученный заряд.The inductor can be made, for example, in the form of a metal tube, electrically isolated from the barrel of the weapon and located directly at the edge of the barrel [6, 7]. When an electric potential is applied to the inductor relative to the barrel of a weapon using a constant voltage source, a bullet emerging from the barrel that has not lost contact with a grounded barrel will be charged in the inductor's electric field and, detached from the barrel, will save the charge obtained.

При начальной энергии пули порядка W= 1000 Дж (автомат АК-74М) и величине формируемого на пуле заряда q порядка 10-6 Кл (технически реализуемо) электрод принципиально может быть заряжен до потенциалаWith an initial energy of a bullet of the order of W = 1000 J (AK-74M machine gun) and the charge q formed on the bullet of q of the order of 10 -6 C (technically feasible), the electrode can be charged to a potential

U=W/q=1000/10-6=109 В.U = W / q = 1000/10 -6 = 10 9 V.

Если радиус шарообразного электрода R выбрать равным 1 м, то величина емкости такого удаленного электрода составит [8]If the radius of the spherical electrode R is chosen to be 1 m, then the capacitance value of such a remote electrode will be [8]

С=4πεε0R=4*3,14*1*8,85*10-12=111*10-12Ф,C = 4πεε 0 R = 4 * 3.14 * 1 * 8.85 * 10 -12 = 111 * 10 -12 F,

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость окружающей электрод среды (для воздуха 1); ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,85*10-12 Ф/м.where ε is the relative dielectric constant of the environment surrounding the electrode (for air 1); ε 0 is the dielectric constant of vacuum, equal to 8.85 * 10 -12 F / m.

При такой емкости для достижения потенциала электрода, например 100 MB=108 В, потребуется зарядWith such a capacity to achieve the potential of the electrode, for example, 100 MB = 10 8 V, charge is required

Q=U*C=108*111*10-12=111*10-4 Кл. Для достижения полученного заряда необходимо будет произвести околоQ = U * C = 10 8 * 111 * 10 -12 = 111 * 10 -4 Cl. To achieve the charge obtained, it will be necessary to produce about

N=Q/q=111*10-4/10-6=11100 выстрелов.N = Q / q = 111 * 10 -4 / 10 -6 = 11,100 shots.

Приведенный пример демонстрирует техническую возможность получения напряжения 100 MB с помощью заявляемого высоковольтного электростатического генератора.This example demonstrates the technical possibility of obtaining a voltage of 100 MB using the proposed high-voltage electrostatic generator.

В известном высоковольтном электростатическом генераторе (прототип) между высоковольтным электродом и индуктором расположены металлические транспортные элементы (pellets) в количестве до 50 штук вдоль одной половины замкнутой цепи. Наличие проводящих элементов в промежутке сокращает суммарное расстояние, занятое диэлектриком, что снижает общее электрическое пробивное напряжение.In the well-known high-voltage electrostatic generator (prototype) between the high-voltage electrode and the inductor are metal transport elements (pellets) in an amount of up to 50 pieces along one half of a closed circuit. The presence of conductive elements in the gap reduces the total distance occupied by the dielectric, which reduces the total electrical breakdown voltage.

В предлагаемом варианте генератора при темпе стрельбы 650 выстрел/мин (АК-74М) в каждый момент времени между высоковольтным электродом и индуктором, если расстояние между ними не превышает 90 м, находится только одна пуля. Это обеспечивает увеличение находящегося под напряжением изолирующего промежутка по крайней мере в 50 раз по сравнению с прототипом при тех же общих размерах устройства. Как следствие, пропорционально увеличивается электропрочность генератора.In the proposed variant of the generator with a firing rate of 650 shot / min (AK-74M) at any time between the high-voltage electrode and the inductor, if the distance between them does not exceed 90 m, there is only one bullet. This provides an increase in the insulating gap under voltage by at least 50 times compared to the prototype with the same overall dimensions of the device. As a result, the generator electric resistance increases proportionally.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Тимофеев П.В., Симченко Ю.А. Эмиссия β-электронов в вакууме и ее применение. Радиотехника и электроника, 1960, 5, № 8, с. 1197.1. Timofeev P.V., Simchenko Yu.A. Β-electron emission in vacuum and its application. Radio engineering and electronics, 1960, 5, No. 8, p. 1197.

2. Электротехника и электроника. / Б.И. Петленко, Ю.М. Иньков, А.В. Крашенинников и др.; Под ред. Б.И. Петленко. - М.: Издательский центр "Академия", 2003. - 320 с.2. Electrical and Electronics. / B.I. Petlenko, Yu.M. Inkov, A.V. Krasheninnikov et al .; Ed. B.I. Petlenko. - M .: Publishing Center "Academy", 2003. - 320 p.

3. High-voltage electrostatic generator. Patent US 3612919 A.3. High-voltage electrostatic generator. Patent US 3612919 A.

4. Electrically-conducting materials. Patent US 3891868 A.4. Electrically-conducting materials. Patent US 3891868 A.

5. ГОСТ P 52212—2004. Тиры стрелковые закрытые. Защита броневая и техническая укрепленность.5. GOST P 52212—2004. Shooting shooting galleries. Protection armor and technical strength.

6. Ашихмин А.С, Познухов А.В. Измерение скорости пули методом наведенного тока. Вестник РГРТА, Рязань. 2003, вып 12, С 52-56.6. Ashikhmin A.S., Poznukhov A.V. Measurement of the speed of a bullet by the induced current method. Herald RGRTA, Ryazan. 2003, issue 12, pp 52-56.

7. Патент РФ №2184978.7. Patent of the Russian Federation No. 2184978.

8. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. М: "Наука", 1975. - 624 с.8. Yavorsky B.M., Seleznev Yu.A. Handbook of Physics. M: "Science", 1975. - 624 p.

Claims (1)

Высоковольтный электростатический генератор, содержащий установленный на диэлектрической стойке полый шарообразный электрод с отверстием в поверхности, электрически соединенный с электродом приемник электрического заряда, расположенный внутри электрода, набор изолированных друг от друга металлических транспортных элементов, индуктор для сообщения электрического заряда транспортным элементам, расположенный вне электрода на расстоянии, обеспечивающем отсутствие электрического пробоя между электродом и индуктором, источник постоянного напряжения, подключенный одним полюсом к индуктору, а вторым полюсом к земле, и механический привод, обеспечивающий непрерывное перемещение транспортных элементов от индуктора к приемнику электрического заряда, отличающийся тем, что привод выполнен в виде электрически соединенного с землей автоматического огнестрельного оружия, ствол которого направлен в отверстие шарообразного электрода, металлические транспортные элементы выполнены в виде пуль, выстреливаемых из огнестрельного оружия, а приемник электрического заряда выполнен в виде электропроводящего пулеулавливателя.A high-voltage electrostatic generator containing a hollow spherical electrode with an opening in the surface mounted on a dielectric rack, an electrical charge receiver located inside the electrode electrically connected, a set of metal transport elements insulated from each other, an inductor for communicating electrical charge to the transport elements located outside the electrode distance, ensuring the absence of electrical breakdown between the electrode and the inductor, the source constant voltage, connected by one pole to the inductor, and the second pole to the ground, and a mechanical drive providing continuous movement of transport elements from the inductor to the electric charge receiver, characterized in that the drive is made in the form of an automatic firearm electrically connected to the ground in the hole of the spherical electrode, metal transport elements made in the form of bullets fired from a firearm, and the receiver of the electric charge discharges Flax in the form of an electrically conductive bullet catcher.
RU2018126252A 2018-07-16 2018-07-16 High-voltage electrostatic generator RU2695108C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126252A RU2695108C1 (en) 2018-07-16 2018-07-16 High-voltage electrostatic generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018126252A RU2695108C1 (en) 2018-07-16 2018-07-16 High-voltage electrostatic generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2695108C1 true RU2695108C1 (en) 2019-07-19

Family

ID=67309529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126252A RU2695108C1 (en) 2018-07-16 2018-07-16 High-voltage electrostatic generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2695108C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU95097A2 (en) * 1950-11-21 1952-11-30 В.А. Лавровский Electrostatic generator
US3891868A (en) * 1974-05-03 1975-06-24 Science Res Council Electrically-conducting materials
RU2241300C2 (en) * 2003-02-12 2004-11-27 Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Electrostatic capacitor machine for wind stream energy conversion
RU2016143172A (en) * 2014-04-03 2018-05-10 Ласло ОЛАХ BATTERY CHARGER FOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICES AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE USING IT

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU95097A2 (en) * 1950-11-21 1952-11-30 В.А. Лавровский Electrostatic generator
US3891868A (en) * 1974-05-03 1975-06-24 Science Res Council Electrically-conducting materials
RU2241300C2 (en) * 2003-02-12 2004-11-27 Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) Electrostatic capacitor machine for wind stream energy conversion
RU2016143172A (en) * 2014-04-03 2018-05-10 Ласло ОЛАХ BATTERY CHARGER FOR PORTABLE ELECTRONIC DEVICES AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE USING IT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6679180B2 (en) Tetherless neuromuscular disrupter gun with liquid-based capacitor projectile
RU2410835C1 (en) High-voltage pulse generator (versions)
EP0881460A2 (en) Weapon which gives an electric shock
RU2609183C1 (en) Handheld multi-charge electroshock weapon and cartridge to it
US10928157B1 (en) Electromagnetic accelerator
US8578831B2 (en) Systems and method for igniting explosives
RU2695108C1 (en) High-voltage electrostatic generator
Yang et al. Electromagnetic launch experiments using a 4.8-MJ pulsed power supply
US20110203476A1 (en) Spining projectile converting its spin into electrical energy and utilizing this converted electrical energy to damage electronic devices onboard a target
US11333462B2 (en) Electromagnetic accelerator
US4870888A (en) Traveling wave accelerators
RU2716880C1 (en) High-voltage commutator of remote electric weapon
Lynn et al. A low impedance 500kV 2.7 kJ Marx generator as testbed for vacuum diodes
RU2467524C1 (en) Active lightning conductor
KR20190117909A (en) Electomagnetic accelerator by using the trigered spakr gap
RU2824831C2 (en) Design of warhead of electromagnetic ammunition for functional destruction of enemy radioelectronic systems (res)
RU2711551C2 (en) Cartridge of electric shock device and ignition methods thereof
RU2690432C2 (en) High-voltage generator with preionisation in discharge gap
RU2679768C1 (en) Device for developing electrical energy in artillery shell
RU185560U1 (en) Electromagnetic starter
RU2251113C1 (en) Mode of transferring a charge on a metallic bullet
CN108225121B (en) Cheng Dianji bullet for breech type electric shock gun
Novac et al. An insulator-metallic phase transition cascade for improved electromagnetic flux-compression in/spl theta/-pinch geometry
Dolya Electrodynamics acceleration of electrical dipoles
RU2726216C2 (en) Method for arrangement of high-current horizontally directed electroconductive channel in air and device for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200717